环型高温超导储能磁体的漏磁场分析与研究

发布时间：2017-08-26 10:28

  本文关键词：环型高温超导储能磁体的漏磁场分析与研究

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【摘要】：随着我国经济的快速发展,以传统的燃煤、石油化石燃料为代表的能源逐渐被可再生能源所取代。储能技术作为可再生能源的核心技术,对可再生能源的广泛使用起着主导作用。储能技术按照具体形态分为很多种,包括飞轮储能、抽水储能、超导磁储能、蓄电池储能等。超导磁储能系统正常工作时存储的是电磁能,能够快速的和电网进行大功率的能量交换,可以实现无损耗存储、无机械转动应用、维护简单污染小,与其他的储能方式相比有明显的优势。超导储能磁体作为超导磁储能系统的关键部分,在正常工作时通入极大的电流,能够产生108J/m3的能量密度,产生数特斯拉级的中心场强,但磁体工作时在磁体系统外围空间产生的杂散磁场会对周边的设备及工作人员产生严重的影响,超导储能磁体作为整个系统最关键的设备,要使超导磁储能系统在工业上的使用发挥更大的作用,减小杂散磁场带来的不利影响是很有必要的。本文主要针对超导磁体结构之一的环型磁体的漏磁场进行分析研究,首先对超导磁储能系统的构成及工作原理进行了介绍,并对超导磁储能系统的发展现状和环型高温超导储能磁体的研究现状进行了概括总结。其次,在高温超导储能磁体进行电磁场分析的理论基础和超导螺线管线圈磁场计算的数学模型基础之上,结合ANSYS电磁场有限元仿真分析软件,采用解析法与数值分析法相结合的方法,对六单元、八单元、十二单元环型、单螺管型磁体进行漏磁场分析,得到磁感应强度矢量和等参数的分布云图及路径图,将结果进行对比得到环型磁体的优势所在。最后,在环型磁体进行电磁场分析的前提下,得出其受电磁力的分布图,进而在电磁结构的理论基础上,对带有支撑结构的环型单元线圈进行ANSYS受力仿真分析,得到发生位移形变的磁体线圈结构。再转而对形变后的环型单元线圈进行漏磁场分析,对比总结漏磁场的变化。其仿真分析结果为磁体结构方面的优化、改进提供参考依据,对其在工作中带来的漏磁场采取的屏蔽措施具有一定的参考价值。
【关键词】：超导磁储能 环型高温超导储能磁体 ANSYS有限元仿真 漏磁场 电磁结构分析
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM26;TK02
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-15
• 1.1 论文的研究背景和意义9-10
• 1.2 超导磁储能系统10-12
• 1.2.1 超导磁储能系统储能原理10-11
• 1.2.2 超导磁储能系统的构成11-12
• 1.2.3 超导磁储能系统的发展现状12
• 1.3 环型高温超导储能磁体的研究现状12-14
• 1.4 论文的主要研究内容14-15
• 2 高温超导储能磁体的电磁分析基本理论与方法15-20
• 2.1 引言15
• 2.2 高温超导磁体电磁场的分析基础15-18
• 2.2.1 电磁场分析基础15
• 2.2.2 超导螺管线圈磁场计算的数学模型15-18
• 2.3 ANSYS有限元电磁场分析简介18-19
• 2.3.1 有限元分析简介19
• 2.3.2 ANSYS电磁场分析19
• 2.4 小结19-20
• 3 环型高温超导储能磁体的漏磁场分析20-38
• 3.1 引言20
• 3.2 单螺管磁体的漏磁场分析20-26
• 3.2.1 单螺管磁体的磁场分布20-21
• 3.2.2 高温超导带材的选择21
• 3.2.3 单螺管磁体的结构特点21-22
• 3.2.4 单螺管磁体的ANSYS仿真参数计算22
• 3.2.5 单螺管磁体的ANSYS漏磁场分析22-24
• 3.2.6 ANSYS漏磁场仿真结果分析24-26
• 3.3 环型高温超导储能磁体的漏磁场分析26-35
• 3.3.1 环型高温超导储能磁体的结构特点26-28
• 3.3.2 环型磁体的磁场分布28-30
• 3.3.3 环型高温超导储能磁体的ANSYS漏磁场分析30-31
• 3.3.4 ANSYS漏磁场仿真结果分析31-35
• 3.4 环型、单螺管型高温超导储能磁体的漏磁场分析比较35-36
• 3.5 小结36-38
• 4 环型高温超导储能磁体的电磁结构分析38-51
• 4.1 引言38
• 4.2 环型高温超导储能磁体结构分析的理论基础38-41
• 4.2.1 环型磁体所受电磁力分析38-40
• 4.2.2 环型磁体单元线圈所受电磁力的分析计算40-41
• 4.3 带有支撑结构的环型高温超导储能磁体41-42
• 4.4 环型磁体的ANSYS结构仿真分析42-47
• 4.4.1 ANSYS进行结构分析的步骤42
• 4.4.2 建立ANSYS结构分析有限元模型42-45
• 4.4.3 施加载荷并求解45
• 4.4.4 环型磁体ANSYS电磁结构仿真结果分析45-47
• 4.5 形变后环型磁体单元线圈的ANSYS漏磁场分析47-50
• 4.6 小结50-51
• 结论51-53
• 致谢53-54
• 参考文献54-57
• 攻读学位期间的研究成果57

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 何清;窦建中;周世平;金涛;唐跃进;焦丰顺;任丽;李敬东;石晶;;百千焦级高温超导环型SMES磁体设计研究[J];低温与超导;2012年10期

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本文编号：741068